朱斌中国石油大学(北京) 石油工程学院问题:在一个纯砂岩地层，已知含油和天然气,请设计一个测井方案，解决相应的地质问题、储层评价问题、固井质量问题和射孔质量问题。

测井对成功开发油气藏起着重要的作用。

它的测量在井的开采期限内，地面地震勘探（它影响决定井位）和生产试验两个重大事件之间占据着重要位置。

传统测井的作用，一般局限于两个领域：地层评价和完井评价。

在油气生产中，地层评价的目的概括起来主要有四个方面：1)是否有油气存在？首先需要识别或推断被井眼穿过的地层中是否有油气存在。

2)油气在哪里？必须识别油气聚积地层的深度。

3)地层含油多少油气？首先定量确定地层中油气以小数表示的有效体积，即孔隙度。

其次是确定流体中油气的饱和度。

第三是关于含油气地层或地质体的区域延伸范围。

4)油气可开采吗？事实上，所有的问题都归结于这一实际关心的问题。

解决这个问题的一种途径是确定地层渗透率，但由推断出的地层性质，难以解决这个问题。

传统测井研究的第二个领域是完井评价。

它包括多种测量项目，如水泥胶结质量、套管和油管腐蚀、压力测试，以及生产测井的全部服务内容。

一、地层评价地层评价，需要综合测井仪器想响应的物理过程、地质知识，以及各种辅助测量或提取有关地下地层所有岩石物性资料。

1、岩性评价岩性评价主要回答井场解释的第一个重要的问题：地层是否含有油气？关于这个问题的回答必须对选择的适宜地层进行讨论，且已知为不含泥质的纯地层，该地层可能含有生产聚积的油气。

因此，首要的任务是识别纯地层，这项任务通常可由两种测量来完成：自然电位（SP）和自然伽马（GR）。

（1）自然电位测井的测量方法如图1所示，其传感器是个电极(安装在其它任意测量探测器之上约数十英尺的绝缘“马笼头”上)，并以地面接地电极作为参考电极,实质上它测量的是电极通过不同地层时，而随时间缓慢变化的直流电压。

自然电位(电压测量以mV表示)定性的特性是随地层泥质含量的增加负值减小。

SP曲线总是显示在测井曲线图头第一道。

SP曲线上，自然电位向左减小。

确定纯地层剖面法则是，泥质含量增加，自然电位负异常减小，因此将会看到：随着泥质含量的增加，自然电位曲线相应向右偏转。

因此，在自然电位曲线的图示中，有明显负异常显示的地层都是储集层，在泥岩基线上或在其附近变化的地层是非储集层，是泥岩或其他孔隙性和渗透性很差的地层，这样就可以根据自然电位曲线粗略判断岩层的渗透性，可以划分储集层和非储集层。

在划分储集层和非储集层的基础上，依据本地岩性的剖面的组成情况，解释经验和其他的测图1井曲线，可进一步划分岩性。

在纯砂岩的地层中，可以看到，储集层是砂岩，非储集层是泥岩。

（2）自然伽马的读数随着泥质含量的增加幅度增大，而自然伽马曲线标度向右表示放射性活度增大(API单位)，即随着泥质含量的增加,自然伽马曲线也会产生向右偏转。

2、识别裂缝在致密的地层中，裂缝的存在是决定油气藏是否具有经济开采价值的关键因素。

因此识别和探测裂缝，研究裂缝的分布规律、发育程度等就成为这类油气藏勘探开发的一个重要内容。

双侧向测井被认为是目前常规测井中进行储集层裂缝识别和评价的最有效的测井方法之一。

可以用来确定裂缝的张开度、孔隙度和渗透率。

然很难准确、有效的识别裂缝的产状和分布密度，难以满足解释的需要。

因此在井场解释中，我们经常利用全波列来识别裂缝，主要是利用纵、横波信息。

（a）速度变化:对水平或低角度裂缝，声波在岩层中传播要通过该裂缝，时差就会增加，裂缝密度越大声波时差增加越多。

水平裂缝发育的井段，时差曲线上会出现明显的周波跳跃，但是对井壁残余气饱和度高的气层，即使是孔隙型储集层，也可以出现周波跳跃，要借助其它测井资料将两者区分开来。

（ b)幅度衰减:裂缝带使纵、横波的幅度衰减变大，两者的衰减的程度与裂缝的倾角有关。

一般地说低倾角裂缝横波幅度衰减大些，高倾角裂缝纵波幅度衰减大些。

如下图所示:当裂缝接近水平或接近垂直时，纵波衰减很小，裂缝倾角在35度～80度纵波衰减较大，70度的垂直裂缝纵波衰减最大。

横波在30度以下低倾角裂缝衰减很大，裂缝倾角在40度～65度衰减很小，倾角大于80度，横波衰减又有所增加。

3、识别断层断层是岩层在地应力作用下发生破裂变形的结果。

它可以使岩石成分、结构、孔隙性和渗透性发生明显变化。

按断层的力学性质可分为压性断层和张性断层。

压性断层是主要受压性应力作用产生的断层，常发生重结晶作用或形成变质矿物，使岩石坚硬、致密，孔隙性和渗透性变差，从而使声波时差和幅度衰变减小。

张性断层是主要受张性应力作用产生的断层，岩石多为疏松的角砾岩，裂隙发育，孔隙性和渗透性变好，从而使声波时差和幅度衰减变大。

利用声波测井，我们可以识别出这两种形式的断层。

4、储层评价（1）孔隙度井场解释第二步要回答的问题是：地层是否含有油气？只有孔隙性地层才有可能。

从三种不同类型测量的曲线得出孔隙度资料，它们通常是指密度、中子和声波曲线。

声波测井声速测井是最常用的孔隙度测井方法之一，目前比较流行的声速测井响应方程之一是威里平均时间公式，其形式如下：∆t=1−ϕ∆t ma+ϕ∆t f式中：∆t------测量的纯岩石声波时差，μs/m；Δt ma----岩石骨架声波时差，μs/m；Δt f------岩石孔隙流体的声波时差，μs/m；Φ-------纯岩石孔隙度，小数。

这个公式是用体积模型得出的。

岩石骨架声波时差和孔隙流体的声波时差可以在实验室确定。

对于纯砂岩的地层来说，岩性的判断可以更准确提高孔隙度的计算。

如果对于无法确定岩性，最好的就是根据补偿中子或者密度测井结合起来计算岩石的矿物成分。

常规声波测井，用两个接收器的测井仪确定井眼周围物质中纵波的时差。

其方法是测量声波到达两个接收器的时间差，该时间差除以接收器间距就得到地层的时差∆t，基本方法就是这样。

至于补偿法声速测井，无非是增加了发射器和接收器的数量，基本原理还是不变的。

计算结果还与岩石的压实程度有关，在体积模型中，我们是在完全压实的基础上进行推导，所以对于未压实的地层，我们要引入校正系数进行修正。

这些都属于在后期数据处理的范围，但是在确定孔隙度的测井方法中，声波测井是必不可少的。

*天然气的识别---天然气对孔隙度测井的影响天然气的主要成分是C H4。

天然气的密度很低，大约为0.1到0.2g/c m3，明显小于油和水的密度，因而可对各种孔隙度测井产生不同程度的影响。

泥质愈少，岩石孔隙度愈高，天然气影响愈明显。

中高孔隙度（20%以上）气层，常可依靠单一孔隙度曲线的数值和形态来识别；而中的孔隙度的气层，常常要靠两条孔隙度曲线交叠的幅度差来识别；孔隙度很低的气层，除了这些重叠显示，应当更多依靠录井显示及地区经验。

天然气使声速降低，使声波幅度衰减变大，因而使声波时差增大，甚至出现“周波跳跃”。

非压实疏松地层显示最明显。

普通声速测井有显示，长源距声波测井更好，因为后者探测深度增大，并可用纵横波时差比值减小来识别气层。

（2）饱和度一旦识别出孔隙性纯地层，我们就要判断该地层是否含有油气，即要知道地层流体的饱和度。

电测井是定量评价油气饱和度的主要方法之一。

而阿尔奇公式在电测井中占有重要的地位，其形式如下：F=R ow=aϕ−m;I=R toR tw=bwn; R xoF∙R mf =b S xo n;其纯岩石解释基本方法如下：①用声速测井资料，按纯岩石公式计算有效孔隙度ϕ；②用F−ϕ关系式计算地层因素F；③按R o=FR w计算该地层100%含水时的电阻率R o，或用纯水层已知的R o和F求R w =R o /F ;④根据电阻率测井确定的地层真电阻率R t ，按I =R t /R o 计算地层的电阻增大系数； ⑤用I −S w 关系式计算地层含水饱和度S w ，而含油气饱和度S ℎ=1−S w ；综合起来，我们得到：R t w =ab m w n 式中：R w ------存在孔隙空间的地层水电阻率；R t ------远离井眼未被污染的地层电阻率，即油水两相同时存在时的地层电阻率； a 、b 、m 、n 为常数，通过统计学的方法得到。

可以得到：S w = ab Rw ϕm R t n ，ϕ、R w 都可以通过实验室测量获得，R t 由现场电测井资料获得，这样就能算出饱和度的数值。

根据地层电阻率R t 的数值，可以推断是否有油气存在。

由于导电水的存在，随着含水饱和度增加，地层电阻率R t 减小。

反之，含油饱和度增加，地层电阻率增大。

然而，孔隙度对电阻率也有影响，如果含水饱和度保持不变而孔隙度增大，地层电阻率R t 将会减小。

如图2为电阻率法测井的原理图。

电源经A,B 电极向地层中供电。

电场在空间的分布受到岩层电阻率分布所控制。

因此，研究岩层电阻率的电法测井，首先必须研究在一定供电电流情况下的电场的分布问题，然后在根据电场与电阻率的关系确定出岩层电阻率和划分出不同电阻率地层。

图中M,N 是测量电极，当岩层电阻率变化时，由供电电极A 和B 在M 和N 处造成的电场也必然变化。

反过来，也就是可以根据电场的变化来推断岩层电阻率的变化。

放入井中的几个电极组成所谓的电极系。

电极系通过电缆与地面上的电源盒记录仪相连接。

当电极系在钻井内移动时，就可以记录出连续的电阻率测井曲线。

在使用不同的电极系时，所推导出的公式有所不同，统一的来说，有通式：R t =K ΔU I （K 为梯度电极系系数）普通电阻率测井还不能满足我们对认识地下地层精度的要求，它是建立在对地下地层都是均匀同向上的假设上的，但是一方面由于泥浆的浸入使井筒周围本身就由于侵入泥浆的不同而电阻率不同，地下地层本来就不是一个均匀的地层，由于岩性，孔隙度，渗透率等的不同，电阻率也会不同。

因此，为了获得更精确的孔隙度，我们要利用直流电的聚焦测井以获得更为精准的数据。

按照电极系结构特点和电极数目的不同，聚焦电阻率测井又分为若干种，包括三侧向测井、七侧向测井、微侧向测井、双侧向测井和微球聚焦测井等。

我们要根据井场的实际情况选择合适的测井方法。

在钻井的过程中，由于井内泥浆柱的静压力通常大于地层的压力，所以这个压力差导致了泥浆滤液进入渗透性地层，叫做泥浆侵入。

泥浆的侵入造成了附近地层中泥浆的增多，并置换了原来的孔隙中的流体，随着泥浆向地层渗入的同时，泥浆中的固体颗粒就附着在井壁图2上形成泥饼，由于泥饼的渗透性较差，因而在形成泥饼后，渗入的速度明显降低。

由于泥浆的侵入，井附近的介质电阻率将发生变化。

在靠近井壁处岩层孔隙中的流体几乎全部被泥浆滤液所代替，这部分叫冲洗带，其电阻率为R xo ；在冲洗带的外部是一个孔隙中充满了泥浆滤液的过渡带，冲洗带和过渡带的总称为侵入带，其电阻为R i ；再向外是未被浸入的原装地层，其电阻率为R t 。

由于泥浆的侵入，使得井眼附近的岩层电阻率发生变化。